2021, Vol. 30
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2. 中国地质调查局 成都地质调查中心, 四川 成都 610081
2. Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu 610081, China
扬子地块西南缘的川-滇-黔交界地带, 是我国密西西比河谷型(MVT)铅锌矿床集中产出区(图 1a).该矿集区北起四川汉源, 向南经会东至云南昆明, 西起四川会理天宝山, 向东经云南巧家到贵州威宁.在这一狭长地带中, 分布着MVT Pb-Zn矿床、矿点和矿化点400多处[1], 其中(超)大型10余处(如会泽、大梁子、乐红、天宝山和赤普大型铅锌矿床)、中型矿床几十处, 小型矿床百余处.尔呷地吉Pb-Zn矿床位于赤普大型MVT Pb-Zn矿床北侧, 是新近发现的中型Pb-Zn矿床(Pb+Zn金属储量大于30×104 t, Zn平均品位5.30%, Pb平均品位3.25%)(图 1a).目前存在该矿床成因类型不清、成矿作用与峨眉山玄武岩岩浆活动是否有关等问题, 这些问题不仅制约了对该矿床成因的认识, 还制约了该矿床的进一步找矿方向与勘探工作, 其主要原因之一, 是缺乏对矿床成矿时代的精确定年.
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图 1 尔呷地吉Pb-Zn矿床地质概况 Fig.1 Geological sketch map of Ergadiji Pb-Zn deposit 1-第四系(Quaternary); 2-奥陶系中统上巧家组下段(L.mem.of U.Qiaojia fm., Middle Ordovician); 3-奥陶系下统下巧家组上段(U.mem.of L.Qiaojia fm., Lower Ordovician); 4-奥陶系下统下巧家组下段(L.mem.of L.Qiaojia fm., Lower Ordovician); 5-奥陶系下统红石崖组(Lower Ordovician Hongshiya fm.); 6-寒武系上统二道水组(Upper Cambrian Erdaoshui fm.); 7-寒武系中统西王庙组(Middle Cambrian Xiwangmiao fm.); 8-寒武系下统龙王庙组(Lower Cambrian Longwangmiao fm.); 9-寒武系下统沧浪铺组(Lower Cambrian Canglangpu fm.); 10-寒武系下统筇竹寺组(Lower Cambrian Qiongzhusi fm.); 11-震旦系中统灯影组三段第三岩性段(No.3 lithologic section in the 3rd mem.of Dengying fm., Middle Sinian); 12-震旦系中统灯影组三段第二岩性段(No.2 lithologic section in the 3rd mem.of Dengying fm., Middle Sinian); 13-震旦系中统灯影组三段第一岩性段(No.1 lithologic section in the 3rd mem.of Dengying fm., Middle Sinian); 14-断裂(fault); 15-向斜轴迹线(syncline axis); 16-矿体地表露头(orebody outcrop); 17-隐伏矿体平面投影(planar projection of concealed orebody); 18-安宁河断裂(Anninghe fault); 19-石棉-小江断裂(Shimian-Xiaojiang fault); 20-垭都-紫云断裂(Yadu-Ziyun fault); 21-大型Pb-Zn矿床(large Pb-Zn deposit); 22-中型Pb-Zn矿床(medium Pb-Zn deposit); 23-小型Pb-Zn矿床(small Pb-Zn deposit) |
由于缺乏可直接用于同位素定年的矿物, MVT铅锌矿床如何精确定年的问题一直困扰着国内外矿床地质学家[2-3].轻稀土元素(LREE) Sm和Nd的地球化学性质相近, 由放射性母体衰变形成的稳定子体可在矿物晶格中稳定保存, 因为矿物晶格中的Sm-Nd同位素体系具较高的封闭性、较强的抗风化和蚀变能力, 所以在热液活动和蚀变作用强烈的矿床中, Sm-Nd同位素等时线法是精确、有效的定年手段[4].稀土元素(REE)在流体体系中通常与CO32-、HCO3-、OH-、F-、HPO42-等络阴离子结合以稳定络合物形式运移[5]; 六次配位的REE3+离子半径为1.032~0.861 pm, 其中Sm3+、Nd3+离子半径分别为0.958 pm和0.983 pm, 而方解石中六次配位的Ca2+半径为1.0 pm.由于六次配位的Sm3+、Nd3+离子半径与六次配位的Ca2+半径非常相近, 因此在方解石结晶沉淀时, Sm3+、Nd3+可大量类质同象替换Ca2+进入方解石晶格[6].目前, 已有许多中国学者成功利用方解石Sm-Nd等时线法对MVT Pb-Zn矿床进行了精确定年, 如云南会泽超大型铅锌矿床[7]、云南茂租中型铅锌矿[8]、四川大梁子大型铅锌矿[9]等.方解石是尔呷地吉Pb-Zn矿床中重要的脉石矿物之一, 主成矿期方解石与方铅矿和闪锌矿紧密共生.因此, 本文首次对尔呷地吉Pb-Zn矿床主成矿期方解石进行Sm-Nd同位素等时线定年, 并讨论其地质意义.
1 矿床地质特征尔呷地吉Pb-Zn矿床所在区域为扬子地块西南缘龙门山造山带前缘的巨厚碳酸盐岩台地, 其北东侧与四川盆地相接, 北西侧靠近东门山造山带, 西南与三江造山带接壤, 东南临近华南褶皱系与南盘江前陆盆地[9].区内发育多条深大主断裂, 主断裂旁侧发育多条次级断裂, MVT Pb-Zn矿床主要分布于这些主断裂或其次级断裂附近.尔呷地吉Pb-Zn矿床就位于近南北走向的石棉-小江断裂北段(图 1a).
矿区内出露地层以沉积成因为主, 从震旦系到奥陶系均有出露(图 1b).地层从新到老有奥陶中统上巧家组(O2q)中层(粉砂质)泥岩夹长石石英砂岩, 奥陶系下统下巧家组上段中厚层块状细晶白云岩(O1q2), 奥陶系下统下巧家组下段(O1q1)灰白色厚层状泥质细粒石英砂岩, 奥陶系下统红石崖组(O1h)互层灰绿色-紫红色泥岩、砂岩, 寒武系上统二道水群(3e)浅灰色-灰色中厚层状白云岩, 寒武系中统西王庙组(2x)中厚层状粉砂岩夹微晶白云岩, 寒武系下统龙王庙组(1l)黄灰色中厚层状粉晶白云岩, 寒武系下统沧浪铺组(1c)紫红色-灰绿色砂泥岩夹白云岩, 寒武系下统筇竹寺组(1q)灰黑色薄-中厚层状炭质页岩夹粉砂岩及震旦系灯影组(Z2dn)白云岩地层.此外前人调查发现在矿区外的西南和东南方向有峨眉山玄武岩出露[10].尔呷地吉Pb-Zn矿床的矿体主要赋存于震旦系灯影组三段的第二岩性段(Z2dn3-2)中, 岩性为含黑色燧石条带的白云岩; 矿体的顶板为寒武系下统筇竹寺组炭质页岩夹粉砂岩(图 2a).矿区位于走向近南北、枢纽南端倾伏的沙岱向斜中.该向斜从核部到翼部, 地层岩性由奥陶系向震旦系地层变化, 地层厚度逐渐变薄.矿区发育断层4条, 均为走向近北西、倾向北东的逆断层, 其中主断层F1(马拉哈逆冲断层)沿北西走向贯穿矿区, 倾角74~80°, 切错沙岱向斜各组成地层, 在该断层两盘均有矿体存在(图 1).
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图 2 尔呷地吉Pb-Zn矿床蚀变及矿化特征的典型野外及镜下照片 Fig.2 Typical photographs showing the alteration and mineralization features of Ergadiji Pb-Zn deposit a-矿体与围岩界线(boundary of orebody and wall rock); b-铅锌矿分布于逆断层裂隙中, 与方解石共生(Pb-Zn ore distributed in reverse fault fissure, associated with calcite); c-网脉状铅锌矿石, 方铅矿、闪锌矿与方解石共生(associated galena, sphalerite and calcite in network Pb-Zn ore); d-方铅矿、闪锌矿和方解石共生(反射光)(associated galena, sphalerite and calcite); Cal-方解石(calcite); Dol-白云岩(dolomite); Gal-方铅矿(galena); HGBO-高品位角砾状矿体(high-grade brecciated orebody); LGSO-低品位似层状矿体(low-grade stratoid orebody); Pb+Zn-方铅矿+闪锌矿矿石(galena and sphalerite ore); Si-硅化(silicification); Sph-闪锌矿(sphalerite). |
矿床分为南西、中部和北东3个矿区, 钻探和平硐等探矿工程在这3个矿区已控制4条矿体.矿体呈似层状、透镜状和不规则囊状.低品位似层状矿体中方铅矿和闪锌矿呈浸染状分布, 高品位角砾状矿体中方铅矿和闪锌矿呈网脉状胶结白云岩角砾(图 2a).部分矿体明显受构造裂隙控制, 具有顺断裂分布的特征(图 1b).矿石矿物主要为方铅矿和闪锌矿, 少量黄铁矿, 极少量黄铜矿.脉石矿物主要有白云石、方解石和石英.矿石构造主要有细脉-浸染状、块状和角砾状(图 2a、c).矿石结构主要有自形晶结构(图 1d)、交代-侵蚀结构和固溶体分离结构[8].矿床中铅锌矿化与硅化、方解石化(图 2b、d)和沥青化密切相关[9-11].矿床经历了沉积成岩期、热液成矿期和表生氧化期3个阶段, 其中热液成矿期为矿床Pb-Zn主要成矿期[10].
2 样品及分析方法本研究选取尔呷地吉Pb-Zn矿床主成矿期中与方铅矿和闪锌矿紧密共生的8件方解石样品对其进行Sm-Nd同位素分析, 样品采自矿床中4个主要矿体的采矿平硐和钻孔岩心.方解石样品经破碎后过30目尼龙筛, 在30~60目粒度范围内, 借助双目体式显微镜手工挑选纯度达99%的方解石颗粒2 g; 然后在超声波清洗器中, 用优级纯酒精对挑纯后的方解石表面和裂隙中的杂质进行清洗, 低温蒸干后磨至200目.Sm-Nd同位素组成分析测试在中国地质调查局武汉地质调查中心同位素实验室完成, 分析测试方法为同位素稀释-热电离质谱分析法.具体步骤为: 1)每个样品平行称取两组0.1 g方解石样品, 第一组加入145Nd+149Sm混合稀释剂, 第二组不加稀释剂; 2)用氢氟酸和高氯酸溶解样品, 赶酸后用盐酸提取上清液, 用阳离子交换树脂对上清液进行分离和纯化; 3)第一组解吸液蒸干后用于Sm、Nd含量质谱分析, 第二组解吸液蒸干后继续用盐酸提取上清液, 用有机萃取树脂柱分离和纯化Nd, 用于Nd同位素比值分析; 4)采用热电离质谱仪Triton进行Sm-Nd同位素组成分析, 采用146Nd/144Nd=0.7219对质谱分析过程中产生的质量分馏进行幂定律校正, 采用同位素稀释剂公式计算Sm、Nd含量.分析过程中Nd同位素标样GB204419测定结果为Sm=2.018×10-6, Nd=10.18×10-6, 143Nd/144Nd=0.512726±0.000008, 全程Sm、Nd空白分别为1.92×10-6和3.88×10-6.分析结果见表 1.
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表 1 尔呷地吉Pb-Zn矿床方解石Sm-Nd同位素组成 Table 1 Sm-Nd isotopic composition of the calcite samples from Ergadiji Pb-Zn deposit |
从表 1中可知, 尔呷地吉MVT Pb-Zn矿床主成矿期与方铅矿和闪锌矿紧密共生的8件方解石样品的Sm含量变化于0.175×10-6~0.876×10-6, 平均0.556×10-6; Nd含量变化于0.414×10-6~6.550×10-6, 平均1.722×10-6; 147Sm/144Nd值变化于0.058489~0.663246, 134Nd/144Nd值变化于0.511852~0.512626.总体来看, 方解石的Sm、Nd含量变化较大, Sm/Nd变化于0.097~1.103, 且不具有线性变化特征, 这为利用方解石进行Sm-Nd同位素等时线定年奠定了基础.
在147Sm/144Nd-143Nd/144Nd图中(图 3), 8件主成矿期方解石Sm-Nd同位素组成拟合出一条具有高度相关性的直线(y=0.0013x+0.511757, R2=0.9948), 1/Nd和143Nd/144Nd之间不存在线性关系(表 1), 样品采自同一矿床的不同矿体且未受到蚀变, 具有同时、同源、封闭体系特征, 这些均表明图 3所示直线具有真实的等时线意义.利用Sm-Nd同位素等时线方程m=eλt-1 [4](m为等时线斜率0.0013, λ为Nd同位素衰变常数6.54×10-12/a), 计算出尔呷地吉Pb-Zn矿床8件与方铅矿、闪锌矿密切共生的方解石样品的等时线年龄t=203±6 Ma (MSWD=1.2), Nd同位素初始值(143Nd/144Nd)i=0.511757±16.
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图 3 尔呷地吉MVT Pb-Zn矿床方解石的Sm-Nd同位素等时线图解 Fig.3 The Sm-Nd isochron curve for calcite samples from Ergadiji MVT Pb-Zn deposit |
尔呷地吉Pb-Zn矿床中主成矿期方解石的Sm-Nd等时线年龄为203±6 Ma (MSWD=1.2), 代表了方解石从成矿流体中沉淀结晶, Sm-Nd同位素体系封闭至今的时间.由于方解石与方铅矿和闪锌矿紧密共生(图 2c、d), 因此, 方解石的结晶年龄亦可代表方铅矿和闪锌矿的结晶年龄, 即尔呷地吉Pb-Zn矿的成矿年龄为晚三叠世末期203±6 Ma.
4 讨论 4.1 峨眉山玄武岩岩浆活动与矿床Pb-Zn成矿作用关系前人研究认为, 川滇黔交界地区的MVT Pb-Zn矿床(点)与峨眉山玄武岩分布范围具有基本一致的特征, 尤其是与陆相峨眉山玄武岩的分布范围相重合.但许多学者对峨眉山玄武岩岩浆活动与川滇黔地区MVT型Pb-Zn矿化间的关系却产生了分歧, 分为有关和无关两种观点.有关的观点认为: 1)峨眉山玄武岩的喷发时限及范围与川滇黔地区的Pb-Zn矿床的成矿时限及分布范围具有一致性[12-13]; 2)峨眉山玄武岩岩浆活动驱动的区域性地下热卤水活动, 使得川滇黔地区广泛分布的Pb-Zn-Ag成矿元素活化、迁移, 并在有利地段富集形成矿床和矿集区, 最终形成以峨眉山玄武岩分布区为中心, 向边缘依次出现Pb-Zn-Ag-Hg-Sb-Au的成矿分带特征[13-14]; 3)峨眉山玄武岩岩浆活动不仅提供了部分成矿物质, 而且其岩浆去气作用形成的流体参与了成矿作用, 是成矿热动力的主要来源[15-16].无关的观点认为: 1)时空上的一致性和相关性不足以完全替代矿床的成矿机理, 区内铅锌矿床为典型的MVT Pb-Zn矿床, 其成矿作用具有显著的层控性、受断裂控制、后生成因、沉积-改造特征等非岩浆成因特征[9, 11, 17-18]; 2)成矿流体具有温度、盐度较低、富含油气包裹体的特征, H-O同位素亦不具有岩浆水特征, 而是可能与造山运动及古油藏破坏有关[9, 11].
从本次研究结果来看, 虽然峨眉山玄武岩与Pb-Zn矿床存在空间上的相关性, 但是: 1)峨眉山玄武岩是以富含Cu、Ni等过渡组元素和Pt、Pd等铂组元素、贫Pb元素为特征的地幔柱成因产物[19], 不具备形成大型、超大型Pb-Zn矿床的潜力, 且川滇黔地区已发现的Pb-Zn矿床中几乎不含Cu; 2)获得的尔呷地吉Pb-Zn矿床中与方铅矿和闪锌矿紧密共生的方解石的εNd(t)值变化于-12.76~-11.76, 具有显著的壳源成因特征, 与地幔柱成因峨眉山玄武岩的εNd(t)值大多数为正值的特征[19]显著不同; 3)获得的尔呷地吉Pb-Zn矿床的成矿年龄为203±6 Ma, 显著晚于峨眉山玄武岩的喷发时限(253~260 Ma), 二者时差大于同源岩浆成因矿床的成岩成矿时差(0~16 Ma)[20]; 4)虽然尔呷地吉Pb-Zn矿床的外围有峨眉山玄武岩, 但矿区内部、矿体周围均未见有峨眉山玄武岩, 空间关系并不紧密.因此, 本文认为峨眉山玄武岩岩浆活动与尔呷地吉Pb-Zn矿成矿作用无关.
4.2 矿床成因类型尔呷地吉Pb-Zn矿床具有如下特征: 1)矿床产出于震旦系灯影组白云岩地层中; 2) Pb-Zn矿化发生在晚三叠世末期203±6 Ma, 晚于震旦纪白云岩形成时代; 3) Pb-Zn成矿作用与峨眉山玄武岩岩浆活动无关; 4)矿物组合简单, 主要有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、白云石、石英和方解石; 5)矿石主要有浸染状构造、块状构造和角砾状构造; 6)矿床产出于四川盆地西南缘、龙门山造山带前缘; 7)矿体呈似层状、透镜状和不规则囊状; 8)矿体受地层、断层(破碎带)控制; 9)方解石的钙质具有壳源成因特征; 10)方铅矿、闪锌矿、黄铁矿充填白云岩粒间孔隙或交代白云岩形式存在; 11)围岩蚀变主要有方解石化、硅化和沥青化等.
通过与位于美国中部的密西西比河谷流域经典的密西西比河谷型(MVT)铅锌矿床[21]对比可知, 在已有研究现状的基础上, 尔呷地吉Pb-Zn矿床与经典MVT Pb-Zn矿床具有高度一致的基本特征, 因此, 尔呷地吉Pb-Zn矿床应为川滇黔交界地区的一个典型MVT Pb-Zn矿床.
4.3 矿床成因简析川滇黔地区不同MVT Pb-Zn矿床通过不同方法所获得的成矿时限为226~165 Ma, 主要集中在晚三叠世-早侏罗世之间, 成矿年龄具有从滇东北-黔西北→川滇黔交界区→四川盆地西南缘逐渐变新的特征(图 4).图 4中: 会泽铅锌矿方解石Sm-Nd等时年龄为222±14 Ma [7]; 会泽铅锌矿闪锌矿Rb-Sr等时线年龄为226±6.4 Ma和233.5±3.9 Ma [22]; 会泽铅锌矿黏土矿物K-Ar年龄为176.5±2.5 Ma [23]; 福来厂铅锌矿Pb同位素H-H模式年龄为240~229 Ma [24]; 大梁子铅锌矿方解石Sm-Nd等时线年龄为204.4±1.2 Ma [9]; 乐红铅锌矿闪锌矿Rb-Sr等时线年龄为200.9±8.3 Ma [25]; 跑马铅锌矿闪锌矿Rb-Sr等时线年龄为200.1±4 Ma [26]; 茂租铅锌矿方解石Sm-Nd等时线年龄为196±13 Ma [8]; 金沙厂铅锌矿萤石Sm-Nd等时线年龄为201.1±2.9 Ma [9]; 赤普铅锌矿沥青Re-Os等时线年龄为200~165 Ma [9].川滇黔地区MVT铅锌矿床成矿时限与古特提斯洋闭合时限(260~206 Ma)[27-29]具有一致性(图 4), 则暗示古特提斯洋闭合背景下, 发生在川滇黔交界区周缘的造山事件可能与区内MVT Pb-Zn矿床成矿密切相关.
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图 4 川滇黔地区代表性MVT Pb-Zn矿床成矿时限分布图 Fig.4 Mineralization durations of typical MVT Pb-Zn deposits in Sichuan-Yunnan-Guizhou region |
大量研究成果表明, 造山作用诱发前陆盆地中流体的运移活动对绝大部分的MVT Pb-Zn矿床成矿作用具有引擎作用[30-31].在川滇黔交界地区, 晚二叠世-三叠纪期间强烈的造山作用下, 在其周缘形成了一系列的前陆盆地, 如发育在川西MVT Pb-Zn成矿区北东侧的龙门山前陆盆地, 发育在滇东北-黔西北MVT Pb-Zn矿床成矿区东南侧的南盘江前陆盆地等[32-33].龙门山前陆盆地被证实为晚三叠世时期由松潘-甘孜海盆(古特提斯洋分支洋盆)封闭所产生的周缘前陆盆地[34-35].
综上可知: 在古特提斯洋闭合背景下, 随着松潘-甘孜海盆的关闭及南盘江盆地和越北地块之间古特提斯洋分支洋盆的关闭[36], 在中三叠世时, 川滇黔交界地区发生了强烈挤压造山作用, 伴随着强烈的挤压变形应力作用向康滇古陆内传递, 前陆盆地中的盆地流体向陆内发生长距离、深循环运移; 至中三叠世晚期, 在靠近南盘江前陆盆地边缘的滇东北地区的震旦系灯影组地层中形成了变形强烈的双重-逆冲推覆构造/断裂褶皱构造带[9], 富含成矿物质的盆地流体沿深大断裂运移到矿区后, 萃取围岩中成矿物质, 形成品位高、储量大的Pb-Zn矿床, 如会泽超大型Pb-Zn矿床; 随后, 挤压应力进一步向陆内传递, 并呈现出逐渐减弱趋势形成楔冲构造[9], 成矿流体中矿质在大梁子-天宝山-乐红矿区、赤普矿区一带发生沉淀, 形成品位较高的大型Pb-Zn矿床; 最后, 随着特提斯洋的彻底关闭, 挤压应力作用在康滇古陆内部减弱, 形成一系列层间滑脱构造[7], 成矿流体的供给也逐渐衰竭, 形成了品位较低的中小型Pb-Zn矿床, 如尔呷地吉Pb-Zn矿床、跑马Pb-Zn矿床、金沙厂Pb-Zn矿床等.
5 结论(1) 尔呷地吉Pb-Zn矿床的成矿年龄为203±6 Ma, 其成矿作用与峨眉山玄武岩岩浆活动无关.
(2) 尔呷地吉Pb-Zn矿床是典型的MVT Pb-Zn矿床, 其成矿作用与古特提斯洋闭合背景下的造山运动有关.
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